精彩内容 章 橡胶树科学研究简史和展望 橡胶(天然橡胶和合成橡胶)与煤炭、钢铁和石油曾经被称为四大工业原材料,也是重要的战略物资。天然橡胶具有很强的弹性、良好的绝缘性、坚韧的耐磨性、优良的气密性及很好的耐拉性和可塑性,其综合性能远非合成橡胶能媲美,在航空、航天、航海、医疗和重型汽车制造业等领域的应用具有不可替代性。虽然世界上大约有2000种植物含有橡胶,但是橡胶树(Hevea brasiliensis Muell. Arg.)因其经济寿命长、采收方便、胶乳产量高和橡胶品质好等优点,成为人工栽培重要的一种产胶植物,提供了世界所需98%以上的天然橡胶。 一、橡胶树研究简史 橡胶树作为野生种原产南美亚马孙河流域的热带雨林。人们很早就开始利用野生橡胶树产生的橡胶。到19世纪后期,由于天然橡胶加工工艺和工业技术的进步,对天然橡胶的需求日益增加,推动了橡胶树从野生到商业化种植。同时,橡胶树的科学研究也得到发展。 关于橡胶树科学研究早期发展的历史有许多文献可供参考(Dijkman,1951;Baulkwill,1989;Jones and Allen,1992)。这里强调橡胶树驯化过程中三个重大事件:个,也是里程碑式的事件,是1876年英国人魏克汉(Wickham)在亚马孙河流域采集橡胶树种子。他采集到7万粒橡胶树种子,运到英国的“邱”植物园(Kew Garden)。在那里有2700粒种子发芽,由此长出的2397株幼苗被送往东南亚的科伦坡、茂物和新加坡的植物园种植。后来在东南亚各国发展起来的橡胶树种植园,绝大部分种质都来源于这些植株,这就是通常所称的“魏克汉种质”。橡胶树驯化的另一大事件是,1887年,来自“邱”植物园的新加坡植物园主任芮 德勒(Ridly)发明在树干的一个割口上重复切割树皮而不伤害形成层的连续割胶方法。这一发明表明了他对橡胶树树皮结构与发育的正确理解。与过去用斧头在树干上乱砍的方法比较,新的割胶方法大大提高了橡胶的产量和延长了橡胶树的经济寿命。橡胶树驯化的第三个重大事件是,1915年,印度尼西亚茂物植物园的园艺家赫尔屯(Helten)发明橡胶树芽接法。该发明使优良无性系的繁殖推广成为可能。橡胶树驯化的上述成就推动了橡胶树无性系商业化栽培在东南亚各国的发展。1920年以后,世界上天然橡胶的供应,绝大部分来自这些人工栽培的橡胶树。 20世纪初,随着橡胶树人工栽培的成功,人们开始对橡胶树进行系统深入的研究,内容涉及选育种、栽培、土壤改良、割胶制度和病虫害防治等农业技术和与之相关的生物学原理。在第二次世界大战太平洋战争爆发前,当时荷属东印度(即现在的印度尼西亚)的荷兰学者在上述所有方面的研究都处于领先地位。他们及同时代的其他学者的工作,在Dijkman(1951)的专著Hevea:Thirty Years of Research in the Far East中作了比较全面的介绍。在第二次世界大战后,马来西亚学者对橡胶树的农业技术和生物学原理,法国学者对橡胶树的生理学都作出了杰出贡献。他们和其他研究者的工作反映在Rubber(Webster and Baulkwill,1989)、Physiology of Rubber Tree Latex(d’Auzac et al.,1989)和Natural Rubber:Biology,Cultivation and Technology(Sethuraj and Mathew,1992)等著名专著和综述中。这一时期橡胶树研究的重大事件可以列举4个:,马来西亚橡胶研究院培育出一系列以RRIM命名的高产无性系,其中包括胶木兼优无性系(不但橡胶产量高,而且木材生长迅速);第二,在1969年开始试验乙烯利刺激割胶。结果证明,合理使用乙烯利刺激割胶技术可以增产和省工;第三,如上所述,东南亚的橡胶树都来源于魏克汉种质,其遗传基础是很狭窄的。为了拓宽遗传基础,促进优良品种选育,世界植胶国家的组织——国际橡胶研究与发展委员会(IRRDB)于1981年组织了一次在巴西大规模收集橡胶树种质资源的活动。目前新种质的创新利用正在进行中。第四,从20世纪90年代开始,迅速发展的橡胶树分子生物学研究与不断改进的橡胶树组织培养技术相结合,橡胶树种植材料的改良进入了一个新阶段。 我国橡胶树的引种、栽培和系统的科学研究主要是从中华人民共和国成立后发展起来的。我国对橡胶树研究的重要贡献在于突破了过去种植橡胶树的区域,在北纬18°~24°的热带北缘大面积成功种植橡胶树。有关的应用技术和理论成就已有一系列的文献予以总结(何康和黄宗道,1987;广东省农垦总局和海南省农垦总局,1994;中国热带农业科学院和华南热带农业大学,1998;蒋菊生和王如松,2004;黄华孙,2005)。 二、橡胶树树皮结构与发育的研究 在橡胶树的研究中,树皮结构与发育占有重要的地位,因为橡胶树的主要产品天然橡胶是从切割橡胶树树皮收集的胶乳制成的。早期学者很重视这方面的研究。1923年,鲍比略夫(Bobilioff)出版了Anatomy and Physiology of Hevea brasiliensis一书。该书实际上只包括解剖学的部分。后来,Dijkman(1951)对第二次世界大战前的橡胶树树皮结构的研究成果作了综述。二战后,橡胶树树皮的研究得到较大发展,特别是开始研究乳管的超微结构。对此作出重要贡献的有Dickenson、Gomez、Hébant和de Fa?等(Gomez and Moir,1979;Gomez,1982;de Fa? and Jacob,1989)。 我国对橡胶树树皮的研究将在本书作较详细的叙述。在橡胶树树皮的研究中,乳管处于中心地位。研究表明,对橡胶树自身来说,树皮中的乳管可能是与机械伤害相联系的一种保护组织,而乳管从形成层细胞的分化及乳管合成橡胶和其他防卫物质的功能可被包括茉莉酸和乙烯在内的伤害信号高度调节(郝秉中和吴继林,2004;Zhao et al.,2011)。希望这些成果能够促进正在进行的橡胶树分子生物学的研究和橡胶树生产技术的开发,也希望能够对植物生物学作出一点贡献。 三、橡胶树研究展望 直到近,人们还主要把橡胶树看成生产天然橡胶的工厂,因而把研究目标主要指向增加橡胶产量。以橡胶树栽培为基础的天然橡胶工业已经对全球经济和社会的发展作出了巨大贡献。虽然一直受到合成橡胶的挑战,但因为天然橡胶独具的特点和作为可再生资源,其前景是光明的。橡胶树作为橡胶工厂的潜力还很大。 目前,橡胶树的改良正面临一个新时代。一些研究者利用分子生物学技术,希望把橡胶树的乳管系统改造成为生物反应器——一座生产高价值蛋白质和其他化合物的工厂(Arokiaraj et al.,2002b;Yeang et al.,2002)。橡胶树提供的木材和橡胶树对气候的改良作用也日益受到重视(Arokiaraj et al.,2002a)。随着全球化的进程,人类将面临能源短缺和环境恶化,相信橡胶树的价值会越来越重要。 主要参考文献 广东省农垦总局,海南省农垦总局. 1994. 橡胶树良种选育与推广. 广州:广东科技出版社 郝秉中,吴继林. 2004. 巴西橡胶树乳管生物学与胶乳生产(英文). 热带作物学报,25(4):1-7 何康,黄宗道. 1987. 热带北缘橡胶树栽培. 广州:广东科技出版社 黄华孙. 2005. 中国橡胶树育种五十年. 北京:中国农业出版社 蒋菊生,王如松. 2004. 海南橡胶产业生态. 北京:中国科学技术出版社 中国热带农业科学院,华南热带农业大学. 1998. 中国热带作物栽培学. 北京:中国农业出版社 Arokiaraj P,Jones H,Olsson O. 2002a. Toward molecular genetic improvement of wood and latex production in Hevea brasiliensis:enhancement of the carbon sink capacity. In:Proc Fifth Joint Workshop Secretari at UN Conf Trade Devel Int Rubber Study Croup Rubber Envir,Glasgow Arokiaraj P,Püker F,Obermayr E,et al. 2002b. Expression of human serum albumin in transgenic Hevea brasiliensis. J Rubb Res,5(3):157-166 Baulkwill WJ. 1989. The history of natural rubber production. In:Webster CC,Baulkwill WJ(eds). Rubber. London:Longman Scientific and Technical:1-56 Bobilioff W. 1923. Anatomy and Physiology of Hevea brasiliensis. Zürich:Art Institut Orell Fussli d’Auzac J,Jacob JL,Chrestin H. 1989. Physiology of Rubber Tree Latex. Boca Raton:CRC Press de Fa? E,Jacob JL. 1989. Anatomical organization of the laticiferous system in the bark. In:d’Auzac J,Jacob JL,Chrestin H(eds). Physiology of Rubber Tree Latex. Boca Raton:CRC Press:3-15 Dijkman MJ. 1951. Hevea:Thirty Years of Research in the Far East. Coral Gables:University of Miami Press Gomez JB,Moir GFJ. 1979. The Ultracytology of Latex Vessels in Hevea brasiliensis. Kuala Lumpur:Malaysian Rubber Research and Development Board Gomez JB. 1982. Anatomy of Hevea and its influence on latex production. Kuala Lumpur:Malaysian Rubber Research and Development Board Jones KP,Allen PW. 1992. Historical development of the world rubber industry. In:Sethuraj MR,Mathew NM(eds). Natural rubber:Biology,Cultivation and Technology. Amsterdam:Elsevier Science Publishers:1-26 Sethuraj MR,Mathew NM. 1992. Nature Rubber:Biology,Cultivation and Technology. Amsterdam:Elsevier Science Publishers Webster CC,Baulkwill WJ. 1989. Rubber. London:Longman Scientific and Technical Yeang HY,Arokiaraj P,Jaafar H,et al. 2002. Expression of functional recombinant antibody fragment in the latex of tr
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